Электромеханические измерительные приборы
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
Тема: Электромеханические измерительные приборы
1. Общие вопросы устройства и теории электромеханических приборов
электромеханический измерительный прибор
1.1 Устройство электромеханических приборов
В аналоговых электромеханических измерительных приборах непосредственной оценки электромагнитная энергия, подведенная к прибору непосредственно из измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части относительно неподвижной.
Эти приборы относят к приборам прямого действия. Они состоят из электрического преобразователя (измерительной цепи), электромеханического преобразователя (измерительного механизма), отсчетного устройства (рис. 1).
Рис. 1 Структурная схема электромеханического прибора
Измерительная цепь обеспечивает преобразование электрической измеряемой величины X в некоторую промежуточную электрическую величину Y (ток или напряжение), функционально связанную с измеряемой величиной X. Величина Y непосредственно воздействует на измерительный механизм (ИМ).
По характеру преобразования измерительная цепь может представлять собой совокупность элементов (резисторов, конденсаторов, выпрямителей, термопар и др.). Различные измерительные цепи позволяют использовать один и тот же ИМ при измерениях разнородных величин, напряжения, тока, сопротивления, меняющихся в широких пределах.
Измерительный механизм, являясь основной частью конструкции прибора, преобразует электромагнитную энергию в механическую энергию, необходимую для отклонения его подвижной части относительно неподвижной. У большинства измерительных механизмов перемещение подвижной части состоит в повороте относительно неподвижной на угол ?.
Отсчетное устройство состоит из указателя и шкалы. Оно преобразует угловое перемещение подвижной части в перемещение указателя l, которое выражается в делениях шкалы.
В зависимости от принципа преобразования электромагнитной энергии в механическое угловое перемещение подвижной части измерительного механизма, электромеханические приборы подразделяются на следующие группы (системы): 1) магнитоэлектрические; 2) электромагнитные; 3) электродинамические; 4) ферродинамические; 5) электростатические; 6) индукционные.
.2 Моменты, действующие на подвижную часть электромеханических приборов
Подвижная часть ИМ представляет собой механическую систему с одной степенью свободы относительно оси вращения. Момент количества движения равен сумме моментов, действующих на подвижную часть.
Дифференциальное уравнение моментов, описывающее работу ИМ, имеет вид
(1)
где J - момент инерции подвижной части ИМ; ? - угол отклонения подвижной части.
На подвижную часть ИМ при ее движении воздействуют:
вращающий момент М, определяемый для всех ЭИП скоростью изменения энергии электромагнитного поля Wэм, сосредоточенной в механизме, по углу отклонения ? подвижной части
(2)
Вращающий момент является некоторой функцией измеряемой величины X и может также зависеть от угла поворота подвижной части ?, т.е.
;
противодействующий момент Мпр., создаваемый механическим путем с помощью спиральных пружин, растяжек, и пропорциональный углу отклонения ? подвижной части:
(3)
где W - удельный противодействующий момент на единицу угла закручивания пружины (зависит от материала пружины и ее геометрических размеров);
момент успокоения Мусп, т.е. момент сил сопротивления движению, всегда направленный навстречу движению и пропорциональный угловой скорости отклонения:
,(4)
где Р - коэффициент успокоения (демпфирования).
Подставив (2), (3) и (4) в (1), получим дифференциальное уравнение отклонения подвижной части ИМ:
или
.(5)
Установившееся отклонение подвижной части ИМ определяется равенством вращающего М и противодествующего Мпр. моментов, т.к. два первых члена левой части дифференциального уравнения (5) равны нулю. Подставив в равенство аналитические выражения моментов, получим уравнение преобразования (функцию преобразования, статическую характеристику)
где - параметры прибора.
2. Магнитоэлектрические измерительные механизмы и приборы
.1 Устройство и принцип действия магнитоэлектрического измерительного механизма
В магнитоэлектрических приборах вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и проводника с током, выполняемого обычно в виде катушки. Применяются как приборы с подвижной катушкой и неподвижным магнитом, так и приборы с неподвижной катушкой и подвижным магнитом. Больше распространены приборы с подвижной катушкой, которые мы и будем рассматривать.
Основными узлами магнитоэлектрического измерительного механизма являются магнитная система и подвижная часть. В зависимости от взаимного расположения постоянного магнита и катушки подвижной системы различают приборы с внешним магнитом и приборы с внутрирамочным магнитом.
Рис. 2 Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма
Магнитная система прибора с внешним магнитом (рис. 2) состоит из постоянного магнита 1, магнитопровода 2 (в неко?/p>